Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
Балансная схемотехника давно вышла из разряда сугубо профессиональной и стала обязательным атрибутом техники High-End. Не так давно понятие «балансный» стало активно применяться к наушникам и усилителям для наушников. Чтобы понять, что же это такое и аналогичная ли схемотехника у балансных аудиокомпонентов, у профессиональных и компонентов High-End, проведем сеанс реверс-инжиниринга и проследим путь сигнала от балансных наушников до выходного каскада ЦАПа, из которого мы получаем аналоговый сигнал.
Четыре контакта
О балансных наушниках мы знаем два факта. Первый - балансными могут стать обычные наушники, если к ним подключить специальный кабель. Более того, даже наушники изначально не заявленные производителем как балансные, превращаются в таковые при использовании соответствующего кабеля стороннего производителя. Как правило, речь идет о внутриканальных наушниках или полноразмерных с Y-образным подключением кабеля, у которых динамики левого и правого каналов не связаны общим «минусовым» кабелем. Примеров тому может быть масса, начиная от High-End наушников типа Audeze и Astell&Kern AK T5p, включая добротные модели Hi-Fi вроде Sennheiser HD660 и заканчивая копеечными «затычками» QKZ с Aliexpress.
Вот так (буквально) подается сигнал на правый и левый канал наушников при балансном подключении. Для передачи сигнала используются по два контакта из трех
Второй факт - балансный кабель и выход балансного усилителя имеют не три, а четыре контакта. Причина все та же - у каналов нет и не должно быть общих проводов. И вновь, можно найти немало примеров и среди техники High-End, и среди бюджетного китайского Hi-Fi. В качестве примеров можно привести усилители Bryston BHA-1F как High-End решение, хорошим примером среднебюджетного Hi-Fi является Musical Fidelity MX-HPA, а ультрабюджетный класс вполне можно оценить по SMSL SAP-10.
Полная симметрия
А теперь предлагаю заглянуть внутрь балансного устройства. В качестве испытуемого возьмем уже знакомый нам Schiit Audio Jotunheim, который является полностью балансным предварительным усилителем, балансным усилителем мощности и имеет дополнительные модули в виде балансных ЦАПа и фонокорректора. Таким образом, мы можем наблюдать все возможные варианты балансного тракта.
Начнем с простого. Подключение к балансному усилителю происходит при помощи трехконтактных входов и выходов на разъемах XLR. Схема балансного соединения подразумевает наличие трех сигнальных проводников: «плюс», «минус» и «земля» (расположена посередине). Фактически мы видим удвоенную небалансную схемотехнику.
Как видите - у левого и правого каналов в балансном включении мало общего, а при небалансном они были бы связаны «земляным» проводом
В небалансной схеме полезный сигнал проходит между «плюсом» и «землей», а в балансном появляется еще одна сигнальная линия между «минусом» и «землей» -зеркальное отражение «плюсового» сигнала. Таким образом, удваивается амплитуда сигнала. Однако главный положительный эффект возникает благодаря тому, что различного рода помехи, проникающие в звуковой тракт извне, являются однополярными. Поэтому когда помеха приходит на «плюсовое» плечо в фазе, то в «минусовом» плече она оказывается в противофазе, и в итоге мы получаем взаимное погашение.
Вся суть балансной схемотехники: ведем параллельно положительные и отрицательные ветви сигнала и полностью устраняем все помехи при сложении сигналов на выходе
С точки зрения схемотехники один канал в балансном усилителе по сути своей представляет два обычных небалансных канала. Вместо одного транзистора или операционного усилителя, работающего между «плюсом» и «землей», используются симметричные пары транзисторов или операционных усилителей, один из которых работает в «плюсовом», другой в «минусовом» плече, а земля является средней точкой между ними. Условно говоря, мы можем взять один стереофонический усилитель и сделать из него монофонический балансный, усиливая «минусовое» плечо, скажем, левым каналом и «плюсовое» правым.
В цифровой балансной схеме используются два ЦАПа, оба канала одного заняты левым, а другого - правым каналом
Соответственно, заглянув внутрь балансного устройства, мы увидим два звуковых тракта с симметричным расположением элементов. Важный момент: в балансной схеме каждый канал имеет свою «землю», которая не связана с «землей» другого канала, в то время как в небалансной схеме «земля» общая и очень часто усиление обоих каналов происходит в одной микросхеме или одной лампе.
Между двумя мирами
Принцип работы балансного предусилителя применительно к Hi-Fi-системе в целом понятен. В XLR разъем приходят три сигнальных проводника «плюс», «минус» и «земля». Сигнал попадает в симметричный тракт и после усиления оказывается на выходе с тем же самым трехконтактным разъемом. Все выглядит логично, но что происходит в начале и в конце звукового тракта? К балансному усилителю мощности класса Hi-Fi подключаются колонки с двумя, а не тремя контактами. У балансных наушников также используется по два, а не по три контакта на каждый канал. Источник сигнала тоже не обязательно будет балансным. Как работает балансная схема в этом случае?
Каждый выходной усилитель усиливает одну полуволну сигнала, а складываются они в динамике наушников
Схемотехника оконечного балансного усилителя в целом аналогична остальным, только в финале акустика или наушники подключаются к «плюсовому» и «минусовому» выходам, а «земля» попросту не используется. Соответственно, один канал балансного усилителя мощности - это эквивалент двух каналов в небалансном включении. Более того, схема подключения нагрузки получается точно такая же, как при работе усилителя в мостовом режиме.
Две симметричных зоны позади разъемов - это не два стерео-канала, а два балансных канала. Почувствуйте разницу!
В качестве примера реализации входов балансного усилителя рассмотрим опциональные модули апгрейда, которые можно интегрировать в балансную схемотехнику усилителя Jotunheim. Один из них - USB-ЦАП, и глядя на плату нетрудно заметить, что его схемотехника также полностью балансная.
Два ЦАПа и два симметричных канала после них
В нем используются две микросхемы ЦАПа, каждая из которых воспроизводит «плюсовое» и «минусовое» плечо одного канала, а далее следует узнаваемый симметричный аналоговый тракт. Второй опциональный модуль - фонокорректор, и тут уже возникают вопросы. Фонокорректор по умолчанию имеет небалансные входы, но на плате фонокорректора мы видим симметричный балансный тракт. Как это происходит?
Небалансный вход с помощью операционных усилителей превращается в балансный, далее по той же схеме
Подобно тому как балансный сигнал можно превратить в небалансный, используя лишь «плюсовое» плечо сигнала, можно создать виртуальную среднюю точку между «плюсом» и «землей» небалансного сигнала, и тем самым дать начало балансному тракту.
Степени совершенства
Из этого можно сделать один крайне интересный вывод: устройство с балансным выходом для наушников не обязательно должно быть балансным на всей протяженности звукового тракта. В ситуации с Schiit Audio Jotunheim можно проследить всю схемотехнику и увидеть собственными глазами, что это устройство - действительно балансное от начала и до конца. Но ничто не мешает сделать USB-ЦАП с балансным усилителем для наушников на одной стереофонической микросхеме ЦАПа и с небалансным трактом внутри. Достаточно установить на выходе два мостовых усилителя, и вот мы уже имеем балансный выход для наушников на небалансном устройстве. Отсюда возникает вполне логичный вопрос: имеет ли это смысл или же является бесполезным суррогатом?
Единого представления о балансном разъеме у производителей усилителей и источников нет, поэтому производители наушников подстраиваются сразу под всех
Рассмотрим оба варианта работы. Во-первых, полностью балансная схемотехника имеет неоспоримое преимущество, выраженное в низком уровне искажений, которое обеспечивает симметричная схема. Во-вторых, в полностью балансном включении схемотехника симметрична от начала и до конца. Оба звуковых канала после ЦАПа или аналогового балансного входа не имеют общей «земли» и никак между собой не связаны, что гарантирует максимальное разделение каналов. В схеме, у которой только выходной каскад будет балансным (мостовым), разделение каналов окажется меньше, чем в полностью балансной схеме, но все же больше, чем в небалансной.
Наушники Sennheiser имеют два штатных кабеля: балансный (подключен, с большим "джеком") и небалансный (лежит рядом с маленьким 4-контактным "джеком")
При этом в обоих вариантах используется сдвоенное включение усилителей, что подразумевает удвоение выходной мощности. Таким образом, для получения того же уровня громкости усилитель будет в два раза менее нагружен, нежели обычный. Двукратный запас мощности положительно отразится и на динамике звучания, и станет дополнительным средством повышения качества, ведь при малой нагрузке усилитель имеет меньший уровень собственных искажений и шумов, то есть будет звучать чище и детальнее.
Инженеры TEAC решили, что даже имея небалансный источник, грех не воспользоваться сдвоенными усилителями
Хорошим примером реализации выходов в балансном усилителе служит модель TEAC UD-503. Фирменная схемотехника позволяет максимально эффективно использовать все возможные варианты использования в любой ситуации. При балансном подключении тракт получается полностью балансным.
Балансную схемотехнику легко узнать в любом устройстве: все та же симметрия
При небалансном по-прежнему есть прибавка в качестве звучания балансных наушников благодаря фирменной технологии с активной «землей», когда сигнал превращается в балансный на входе усилителя мощности. Наконец, при подключении обычных трехконтактных наушников каждый канал усиливается в мостовом режиме.
Тестовые стенды
Для того чтобы проверить все наблюдения и теоретические выкладки на практике я отправился в шоурум Schiit Audio, где есть возможность послушать балансные устройства различного класса как с наушниками, так и с акустикой. Последнее было необходимым условием для выяснения, какой же способ подключения наушников дает звучание, наиболее близкое к тому, что мы слышим при прослушивании стереосистемы. Из имеющегося набора аппаратуры я выбрал усилитель Schiit Audio Jotunheim со встроеным ЦАПом и связку из ЦАПа Schiit Audio Yggdrasil и усилителя Schiit Audio Ragnarok, работающую как с наушниками, так и с акустикой Sonus Faber Olympica III. В роли проигрывателя и источника контента выступил мой ноутбук с Windows 10 и приложением Foobar2000.
В рамках одного производителя выстроить балансный тракт проще всего
Балансный вход/выход – балансная схема подключения означает симметричную (осевая симметрия относительно линии связи) передачу сигнала от устройства к устройству по двум проводникам, в одном из которых сигнал подаётся в противофазе, по отношению к первому. Третий проводник симметричной (балансной) линии связи –сигнальная земля (нейтраль, общий провод).
Суть такого соединения – повышенная, по сравнению с несимметричными линиями, помехоустойчивость. Балансные линии позволяют реализовать помехоустойчивую связь при значительном (десятки метров) удалении блоков звуковоспроизводящей аппаратуры, что наиболее актуально при профессиональном использовании.
Второй выигрыш (как принято считать) однозначное, стандартизированное, определение входных/выходных параметров устройств, как то: сопротивления (импедансы) и уровни электрических сигналов, приведенные к 0дБ. Опять же, это актуально для профессионального использования, когда при замене устройств разных производителей не требуется коррекция (поправка) уровней.
Наличие на коммутационных панелях аппаратуры XLR разъёмов косвенно указывает, что соединение симметричное. Сквозная ли симметрия, или на уровне преобразования при помощи специальных схемных и конструктивных решений, однозначно сказать невозможно. «Сквозной» подход, когда симметрия всех устройств сохраняется от источника до выходного каскада усилителя мощности, как правило, в очень дорогих конкретных комплектах конкретной фирмы производителей, крайне редок.
В общем случае, применяются преобразователи, особенно в части входов. Реализовать симметричный выход проще, чем вход.
Практический опыт оценок на слух указывает на отсутствие выигрыша (в звуке) XLR соединений по отношению к RCA (несимметричная связь). Кроме того, мнение ряда «специалистов», что балансные линии нивелируют влияние кабелей на характер звука – ложно. Есть различия в звучании одного и того же комплекта, при подключении по балансным входу/выходу при подключении различными типами (марками, моделями) кабелей. В истинности данных утверждений, Вы, можете сами убедиться в наших салонах.
И получить собственное представление, что есть что.
Что касается внутренней симметрии усилителей, можно сказать лишь, что это зависит от взгляда разработчика. Любой усилитель может быть симметричным, частично симметричным (покаскадно симметричным), асимметричным. На сегодняшний день существует тенденция строить усилители по симметричной схеме. В общем случае, выходной каскад (каскад усиления мощности) усилителей класса А не является симметричным, а класса АВ(В) - является. Входные каскады, как правило, строятся по дифференциальной схеме, реже по дифференциально-симметричной, ещё реже по недифференциально-симметричным - параллельным, и т.п.
Вопрос «дифференциальных схем» мы поясним, если Вы укажете, в каком контексте с данным термином столкнулись. Вопрос слишком «широк», для объяснения вне контекста.
Впрочем, и вопрос симметричности усилителей – целая философия. Так что… вряд ли стоит углубляться в вопросы схемотехники, к прояснению собственного подхода это не приведёт. Слушайте музыку – это единственно верное решение. В этом, мы Вам поможем.
Разъяснения об отличиях балансного и небалансного кабеля самым простым и наглядным образом.
Балансный и небалансный кабель хотя бы раз в жизни ставили каждого из нас в затруднительное положение, особенно когда речь касалась выбора первого XLR или Jack-кабеля.
Все без исключения музыканты, композиторы, продюсеры и люди связанные с музыкой хотя бы раз в жизни встречали определения «Балансный» и «Небалансный», когда речь заходила о выборе или покупке очередного XLR или Jack-кабеля. Тем не менее далеко не все знают и понимают, какая разница между балансным и небалансным кабелем и в чем принцип работы кабелей двух типов.
На эту тему написано огромное множество статей и справочных материалов. Так или иначе, мы решили раскрыть этот вопрос для начинающих музыкантов самым простым, понятным и наглядным образом.
В чем разница между балансным и небалансным кабелем?
Прежде чем мы начнем детальное изучение различий двух видов кабеля, стоит понять, что находится внутри каждого из них.
Небалансные кабели
Если снять с небалансного кабеля прорезиненную внешнюю защиту, то перед глазами предстанет экранирующая оплетка, в английском языке именуемая «Braided Shield». Экранирующая оплетка представляет собой сетку из тонких медных проволок, обернутую вокруг небольшого основного сигнального провода. Такая оплетка бывает разных видов: однослойная, двухслойная и французская. Каждый из видов экранирования оказывает различный эффект на поступающий шум, устраняя его сильнее или слабее.
Во время ремонтных работ поврежденного небалансного кабеля достаточно аккуратно размотать экранирование и отвести его в сторону, чтобы по окончанию ремонта замотать сигнальный провод обратно.
Балансные кабели
Под прорезиненной защитой балансного (линейного) кабеля скрывается куда больше внутренностей в отличие от небалансных проводов.
В зависимости от качества кабеля, внутри могут находиться или экранирующая оплетка (как у небалансных кабелей) или дополнительный слой защиты из фольги. Получается, что внутри кабеля находятся два проводника и земля.
Аккуратно размотав экранировку кабеля, перед нами предстают два сигнальных провода - Плюс (за рубежом именутся «Positive» или иногда «Hot») и Минус («Negative»). При этом не стоит думать, что два провода дают стереосигнал, как это происходит у RCA-кабелей. Плюс и Минус - это два небалансных провода (внутри все та же медная оплетка и сигнальный кабель), объединенных между собой и связанных с землей.
Оба вида - балансный и небалансный кабель - имеют экранирование, что позволяет им останавливать поступающий извне шум, появляющийся от взаимодействия с сигнальным или сигнальными проводами. Именно шум является той ложкой дегтя в бочке меда отличного аудиосигнала, к которому каждый из нас стремится.
Существует два вида шумов, возникающих во время работы с аудиосигналом и звукозаписи - радиочастотные помехи (Radio Frequency Interference или сокращенно RFI) и электромагнитные помехи (Electromagnetic Interference или EMI). Если доносящийся из динамиков шум состоит из высоких частот, то это радиочастотные помехи. Если из динамиков идет низкочастотный гул - перед нами электромагнитные помехи.
Когда нужен балансный, а когда небалансный кабель?
Для работы с гитарами, подключения инструментов в линию и соединения аудиовоспроизводящих устройств между собой вполне подойдут небалансные кабели, чья длина не превышает 6 метров. Сигналы, передающиеся от музыкальных инструментов и динамиков, довольно мощны, при этом чем короче дистанция передачи сигнала, тем меньше вероятность возникновения внешних помех на выходе. Тем не менее не стоит играть рядом с радиовышками и радиоточками, а также не стоит класть удлинители и прочие источники электропитания на сигнальные кабели.
Чем длиннее кабель, тем больше вероятность возникновения помех. Длинные кабели часто используются для подключения микрофонов, чей сигнал довольно слаб и неустойчив к внешним раздражителям. Именно поэтому стоит отдать предпочтение балансному кабелю при подключении микрофонов.
На вышеприведенных изображениях балансный кабель имеет два слоя экранирования. Не стоит думать, что этот кабель более эффективен в вопросах борьбы с шумами и попросту лучше небалансного. Во-первых, все зависит от конкретных задач, а значит решать, какой кабель купить - балансный или небалансный - нужно с учетом требований к предстоящей работе. Во-вторых, дороже и навороченнее - не значит лучше.
Суть балансных кабелей
Принцип работы балансного кабеля прост. Поступающий через балансный кабель сигнал проходит по двум сигнальным кабелям - плюсу и минусу. Через плюс проходит неизмененный сигнал, в то время как через минус проходит аудиосигнал с инвертированной фазой.
Допустим у нас имеются два кабеля. Через один из них (назовем его Канал 1) передается некий аудиосигнал с активной формой волны, как у большинства звуков, а второй кабель (Канал 2) передает полностью идентичный сигнал. Таким образом мы имеем ситуацию удвоения сигнала. Тем не менее, если мы возьмем Канал 2 и пустим по нему аудиосигнал с инвертированной фазой одновременно с нормальным сигналом в Канале 1, то на выходе мы не услышим ничего, кроме тишины. Тишина появится из-за исключения двух зеркально отраженных звуковых волн между собой и появлению ровной волны без всплесков (как у тишины).
Теперь рассмотрим подобную ситуацию в рамках прохождения сигнала через балансный кабель. Представим, что через оба сигнальных провода (Плюс-Канал 1 и Минус-Канал 2) поступает одинаковый сигнал. Сигналы находятся в противофазе, при этом инвертированный сигнал, проходящий через Минус-Канал 2, вычитается из основного сигнала, проходящего через Плюс-Канал 1. В дополнение к этому, полезный сигнал из кабеля Плюс-Канал 1 увеличивается по своей амплитуде вдвое.
Проходя через второй коннектор XLR, негативный сигнал инвертируется снова, попросту добавляясь к сигналу в Плюс-Канале 1. Помехи, возникшие в Минус-Канале 2 также инвертируются в этот момент. Хитрость заключается в том, что шум в Минусе полностью идентичен помехам в Плюсе, а значит они взаимоисключают друг друга из сигнала, создавая тишину, пока полезный сигнал проходит дальше.
Благодаря этому, помехи и шумы оказываются замкнуты внутри кабеля, что приведет к их исчезновению.
#балансные #небалансные #балансных #небалансныхОбычная, небалансная система для передачи электрического аудиосигнала состоит из единственного выхода, уровень сигнала на котором меняется относительно земли. Обычно сигнал подаётся с выхода источника на вход усилителя по центральной жиле коаксиального , а экран в виде оплётки или фольги служит землёй и также до определённой степени защищает центральный проводник от помех.
Шум, возникающий благодаря помехам от внешних источников, добавляется к сигналу в момент его прохождения по проводу, поскольку любой по своей сути является антенной. Соответственно, на вход усилителя попадает сигнал, являющийся суммой шума и изначального сигнала.
Уровень таких шумов может быть столь небольшим, что их невозможно услышать на фоне сигнала. Однако в некоторых ситуациях они значительно громче. На уровень шума влияет масса факторов, таких как длина кабеля (чем он длиннее, тем больше шума соберёт), эффективность экранирования и определённые характеристики среды, в которой он проложен.
Балансная система немного более сложная. Вместо одного проводника и экрана между источником сигнала и усилителем там используется два проводника и экран. Один проводник несёт основной сигнал, в то время как другой несёт инвертированный (сдвинутый по фазе на 180 градусов). Вместе их называют дифференциальным сигналом.
Когда дифференциальный сигнал проходит по проводам, он также собирает шум, как и обычный, небалансный сигнал. Но по приходу к усилителю, к обоим сигналам дифференциальной пары, положительному и отрицательному, оказывается добавленным примерно одинаковый шумовой сигнал. Несмотря на то, что два сигнала от источника сдвинуты по фазе на 180 градусов друг относительно друга, шум в обоих проводах является синфазным.
Эти (дифференциальная пара) подключаются к дифференциальному усилителю, который вычитает сдвинутый по фазе сигнал из исходного. (На диаграмме эти сигналы помечены как "А+" и "А-" соответственно.) После обработки усилителем, на выходе получается A-(-A)=2A. Так как в обоих проводах шум был в одной и той же фазе, то он вычитается сам из себя. Это означает, что уровень полезного сигнала удваивается, а шум теоретически уменьшается до нуля.
Хотя таким образом в могут быть внесены другие типы шума, например, фазовые искажения, балансные линии вышеописанным методом очень хорошо убирают общие для обоих проводников наводки.
Также для избежания замкнутых цепей в заземлении, многие аудиоинженеры не подсоединяют экран на обоих концах линии, ограничиваясь одним, обычно - микшерной консолью. Обычно большинство проблем с фоном и наводками в сложных аудиосистемах объясняется неправильным или неполным заземлением.
Конечно, далеко не вся аудиоаппаратура поддерживает балансные линии, и во многих случаях необходимо подсоединить устройство с обычными, небалансными выходами к устройству с балансными входами, или наоборот. В подобных случаях лучше всего следовать инструкциям производителей аппаратуры.
Существуют и универсальные способны соединения таких устройств. Простейший из них таков: подсоедините положительный сигнал балансного разъёма к сигналу (центральной жиле) небалансного коннектора. Отрицательный сигнал балансного разъёма подсоедините к земле небалансного. Экран балансного разъёма также подсоедините к земле небалансного разъёма, или, если это вызвало увеличение фонового шума, оставьте неподключенным на стороне устройства с небалансным выходом.
Наконец, при соединении балансных и небалансных устройств может потребоваться преобразование уровня сигнала, поскольку для небалансных линий принят уровень, характерный для бытовой аппаратуры (-10dbV), а большинство балансных линий рассчитаны на уровень сигнала, используемый в профессиональной аппаратуре (+4dbu).
В профессиональной аппаратуре для балансных линий используется два типа разъёмов:
XLR Connector
Разъём XLR произошёл от разъёма Cannon "X Series", который удовлетворял всем требованиям работников аудиоиндустрии, за исключением того, что не защёлкивался в гнезде и мог быть разъединён. После перестановки контактов и добавления защёлки новый коннектор был назван Cannon "XL Series".
Позже, разъём типа "мама" был модернизирован так, чтобы контакты находились внутри упругого резинового уплотнителя. Получившийся коннектор был назван Cannon "XLR Series". Вскоре он стал индустриальным стандартом и был скопирован большинством производителей разъёмов. Официально он был принят как стандарт AES в 1982 году со следующим расположением контактов:
Однако, у большого количества аппаратуры в США контакты 2 и 3 поменяны местами. В случае каких-либо сомнений, прочтите руководство к вашему устройству.
По стандарту AES 3-1992 трёхконтактный XLR коннектор является также стандартным коннектором для цифровых соединений стандарта AES/EBU (электронно-балансные, импеданс 110 Ом).
1/4" TRS разъём (Phone Connector)
Для типичного балансного соединения с использованием 1/4" TRS разъёмов необходимо соединить положительный сигнал с кончиком коннектора, отрицательный - с кольцом, и экран - с экраном.
